Un gruppo di ricerca composto da NIMS e dal Tokyo Institute of Technology ha identificato materiali in grado di catalizzare la conversione dell'orto-idrogeno in para-idrogeno. Questi catalizzatori dovrebbero essere essenziali per la diffusione del trasporto/stoccaggio di massa dell’idrogeno liquido. La ricerca è pubblicata sulla rivista Exploration .
L’idrogeno sta diventando ampiamente accettato come fonte energetica alternativa ai combustibili fossili. La sua liquefazione (a temperature inferiori a -253°C sotto pressioni superiori a un'atmosfera) può ridurne drasticamente il volume, rendendolo adatto al trasporto e allo stoccaggio. Molecole di idrogeno (H2 ) - ciascuno composto da due atomi di idrogeno - esistono in due forme isomeriche:orto e para-H2 .
In condizioni normali, orto e para-H2 sono presenti in un rapporto 3:1, con orto-H2 leggermente più energeticamente instabile del para-H2 . Raffreddamento graduale H2 alla sua temperatura di liquefazione provoca tutto l'orto-H2 per convertire in para-H2 , producendo H2 liquido stabile .
Raffreddamento rapido di H2 sotto alta pressione, necessaria per la liquefazione, ritarda la conversione orto-para durante il processo di raffreddamento, lasciando quantità considerevoli di orto-H2 nel liquido H2 prodotto. Il residuo orto-H2 le molecole continuano a isomerizzarsi in para-H2 durante lo stoccaggio, innescando la parziale vaporizzazione dell'H2 liquido e con conseguente perdita significativa di H2 ed energia.
La scelta di catalizzatori adeguati prima del processo di liquefazione può risolvere questo problema grazie alla conversione accelerata da orto a para. Tuttavia, i catalizzatori esistenti non erano in grado di accelerare adeguatamente la conversione ed era quindi auspicabile svilupparne di più efficaci.
Questo gruppo di ricerca ha valutato la capacità di oltre 170 materiali solidi, inclusi metalli e cristalli ionici, di catalizzare la conversione da orto a para. Il team ha scoperto che l'ossido di manganese (Mn3 O4 ) e l'ossido di cobalto (CoO) hanno mostrato prestazioni catalitiche significativamente più elevate rispetto ai catalizzatori convenzionali a base di ossido di ferro. Inoltre, il team ha identificato i principali fattori che influenzano le attività catalitiche di questi materiali nell'accelerare la conversione da orto a para.
La liquefazione dell'idrogeno è fondamentale per il trasporto dell'idrogeno a lunga distanza via mare dai principali produttori/esportatori di idrogeno (in particolare, Australia e Medio Oriente) agli importatori di idrogeno, come il Giappone.
Si prevede che le linee guida per la progettazione dei catalizzatori e i catalizzatori ad alte prestazioni sviluppati in questo progetto di ricerca aiuteranno notevolmente il Giappone a portare avanti il suo piano per mettere in pratica il concetto di economia dell'idrogeno.
Ulteriori informazioni: Hideki Abe et al, Esplorazione di un catalizzatore eterogeneo per la conversione orto-para dell'idrogeno molecolare, Esplorazione (2023). DOI:10.1002/EXP.20230040
Fornito dall'Istituto Nazionale per la Scienza dei Materiali
